Традиционная телефонная сеть представляет собой телефонную станцию с требуемой широкополосной передачей 64 Кбит/с. Так называемый VoIP — это сеть обмена IP-пакетами в качестве платформы передачи, моделируемое сжатие голосового сигнала, упаковка и серия специальной обработки, позволяющая использовать для передачи несвязанный протокол UDP.
Для передачи речевых сигналов в IP-сети требуется несколько элементов и функций. Самая простая форма сети состоит из двух или более устройств с возможностями VoIP, соединенных через IP-сеть.
1. Преобразование голосовых данных
Голосовой сигнал представляет собой аналоговый сигнал через IP для передачи голоса, будь то бизнес-приложение в реальном времени или бизнес-приложение в реальном времени, сначала для преобразования аналоговых данных голосового сигнала, а именно для количественной оценки аналогового голосового сигнала 8 или 6, а затем отправляется в буферное хранилище. Размер буфера можно выбрать в соответствии с требованиями задержки и кодирования. Многие кодеры с низкой скоростью передачи данных кодируют кадры.
Типичная длина кадра составляла от 10 до 30 мс. Учитывая затраты на передачу, межъязыковые пакеты обычно состоят из 60, 120 или 240 мс речевых данных. Оцифровка может быть реализована с использованием различных схем кодирования речи, и текущими стандартами кодирования речи в основном являются ITU-T G.711. Речевой кодер в пункте назначения-источнике должен реализовать тот же алгоритм, чтобы речевое устройство в пункте назначения могло восстановить аналоговый речевой сигнал.
2. Преобразование исходных данных в IP.
После того, как речевой сигнал закодирован в цифровом виде, следующим шагом будет сжатие речевого пакета с определенной длиной кадра. Большинство кодеров имеют определенную длину кадра. Если кодер использует кадры длительностью 15 мс, пакет длительностью 60 мс из первого места делится на четыре кадра и кодируется последовательно. Каждый кадр содержит 120 выборок речи (частота дискретизации 8 кГц). После кодирования четыре сжатых кадра были синтезированы в сжатый речевой пакет и отправлены в сетевой процессор. Сетевой процессор добавляет к голосу Баотоу, шкалу времени и другую информацию и передает ее в другую конечную точку через сеть.
Речевая сеть просто устанавливает физическое соединение между конечными точками связи (одна линия) и передает закодированные сигналы между конечными точками. В отличие от сетей с коммутацией каналов, IP-сети не образуют соединений. Для этого требуется, чтобы данные были помещены в отчеты или пакеты данных переменной длины, затем адресована и управляющая информация для каждой дейтаграммы и отправлена по сети в пункт назначения.
3.Трансфер
В этом канале вся сеть рассматривается как речевой пакет, полученный со входа и затем переданный на выход сети в течение определенного времени (t). Значение t может варьироваться в широком диапазоне, отражая дрожание сетевой передачи.
Тот же узел в сети проверяет информацию об адресации, связанную с каждыми IP-данными, и использует эту информацию для пересылки этой дейтаграммы на следующую остановку на пути назначения. Сетевой канал может представлять собой любую топологию или метод доступа, поддерживающий потоки данных IP.
4.IP-пакет — преобразование данных.
Целевое VoIP-устройство получает эти IP-данные и начинает обработку. Сетевой уровень предоставляет буфер переменной длины, используемый для регулирования джиттера, генерируемого сетью. Буфер может вместить множество голосовых пакетов, и пользователи могут выбирать размер буфера. Маленькие буферы создают меньшую задержку, но не регулируют большой джиттер. Во-вторых, декодер распаковывает закодированный речевой пакет для создания нового речевого пакета, и этот модуль также может работать по кадрам точно той же длины, что и декодер.
Если длина кадра составляет 15 мс, голосовые пакеты длительностью 60 мс делятся на 4 кадра, а затем декодируются обратно в поток голосовых данных длительностью 60 мс и отправляются в буфер декодирования. Во время обработки отчета о данных адресная и управляющая информация удаляется, исходные исходные данные сохраняются, и эти исходные данные затем передаются в декодер.
5.Цифровая речь была преобразована в аналоговую речь.
Устройство воспроизведения удаляет образцы голоса (480) из буфера и отправляет их на звуковую карту через динамик на заранее определенной частоте (например, 8 кГц). Короче говоря, передача голосовых сигналов в IP-сети происходит через преобразование аналогового сигнала в цифровой, упаковку цифрового голоса в IP-пакет, передачу IP-пакета по сети, распаковку IP-пакета и восстановление цифрового голоса в аналоговый. сигнал.
Во-вторых, технические стандарты, связанные с VoIP.
Для мультимедийных приложений в существующих сетях связи Международный союз электросвязи (ITU-T) разработал протокол серии мультимедийных коммуникаций H.32x, следующие основные стандарты для простого описания:
H.320, Стандарт мультимедийной связи в узкополосной видеотелефонной системе и терминале (N-ISDN);
H.321, Стандарт мультимедийной связи по B-ISDN;
Х.322. Стандарт мультимедийной связи в локальной сети, гарантированный QoS;
Х.323. Стандарт мультимедийной связи в сети с коммутацией пакетов без гарантии QoS;
H.324, стандарт мультимедийной связи на терминалах связи с низкой скоростью передачи данных (PSTN и беспроводная сеть).
Среди вышеупомянутых стандартов наиболее широко используются сети, определенные стандартом 323, такие как Ethernet, сеть токенов, сеть FDDI и т. д. из-за H. Применение стандарта 323, естественно, стало горячей точкой на рынке, поэтому ниже мы сосредоточимся на H.323. H.323 В предложении определены четыре основных компонента: терминал, шлюз, программное обеспечение управления шлюзом (также известное как шлюз или шлюз) и многоточечный блок управления.
1.Терминал (Терминал)
Все терминалы должны поддерживать голосовую связь, а возможности передачи видео и данных являются дополнительными. Все H. Терминал 323 также должен поддерживать стандарт H.245. Стандарт H.245 используется для управления использованием канала и производительностью канала. H .323 Основные параметры речевого кодека в голосовой связи указаны следующим образом: Рекомендуемая МСЭ полоса пропускания голоса / Скорость передачи данных в кГц / Алгоритм сжатия Кбит/с. Аннотация G.711 3.4 56,64 Простое сжатие PCM, применяемое к PSTN в G. .728 3,4 16 Качество речи LD-CELP как G.711, применительно к передаче с низкой скоростью передачи данных G.722 7 48,56,64 Качество речи ADPCM выше, чем G.711, применительно к передаче с высокой скоростью передачи данных G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Качество речи приемлемое, G.723.1 Принять G для форума VOIP.729G.729A 3.4 8 Задержка CS-ACELP ниже, чем G.723.1, Качество речи выше, чем у G.723.1。
2.Шлюз (Шлюз)
Это опция H.An для системы 323. Шлюз может преобразовывать протоколы, алгоритмы кодирования аудио, видео и сигналы управления, используемые различными системами, для обеспечения связи системного терминала. Например, система H.324 на основе PSTN и узкополосная связь. H. на основе ISDN. Система 320 и H.323. Для системной связи необходимо настроить шлюз;
3.Таможенное сопровождение (Gatekeeper)
Это H. Дополнительным компонентом системы 323 является программное обеспечение, выполняющее функцию управления. Оно имеет две основные функции: первая — для управления приложениями H.323; второй — управление связью терминала через шлюз (например, установление, удаление вызова и т. д.). Менеджеры могут выполнять преобразование адресов, контроль пропускной способности, аутентификацию вызовов, запись вызовов, регистрацию пользователей, управление доменом связи и другие функции через таможню. Keeping.one H.323 Домен связи может иметь несколько шлюзов, но работает только один шлюз.
4.Многоточечный блок управления (Многоточечный блок управления)
MCU обеспечивает многоточечную связь в IP-сети, при этом связь «точка-точка» не требуется. Вся система образует звездообразную топологию через MCU. MCU содержит два основных компонента: многоточечный контроллер MC и многоточечный процессор MP или без MP.H между терминалами обработки MC.245 Управляющая информация для создания минимального общедоступного имени для обработки аудио и видео. MC не обрабатывает напрямую какой-либо поток медиаинформации, а оставляет его MP. MP микширует, переключает и обрабатывает аудио , видео или данные.
В отрасли существуют две параллельные архитектуры, одна из них — ITU-TH, представленная выше.323 Протокол — это протокол SIP (RFC2543), предложенный Инженерной группой Интернета (IETF), а протокол SIP больше подходит для интеллектуальных терминалов.
В-третьих, стимул для развития VoIP.
Широкое использование VoIP быстро станет реальностью благодаря множеству аппаратных и программных средств, сопутствующих разработок и технологических прорывов в протоколе и стандартах. Технологические достижения и разработки в этих областях играют движущую роль в создании более эффективной, функциональной и совместимой сети VoIP. Технические факторы, способствующие быстрому развитию и даже широкому применению VoIP, можно свести к следующим аспектам.
1. Процессор цифровых сигналов
Усовершенствованные процессоры цифровых сигналов (Digital Signal Processor, DSP) выполняют компоненты, требующие больших вычислений, необходимые для интеграции голоса и данных. DSP обрабатывает цифровые сигналы в первую очередь для выполнения сложных вычислений, которые в противном случае пришлось бы выполнять с помощью универсального процессора. Комбинация их специализированных процессоров вычислительная мощность при низкой стоимости делает DSP хорошо подходящим для выполнения функций обработки сигналов в системе VoIP.
Одиночный голосовой поток в G.729. Вычислительные затраты на сжатие голоса обычно велики и требуют 20 MIPS. Если для выполнения функций маршрутизации и управления системой при обработке нескольких голосовых потоков требуется центральный процессор, это нереально. Таким образом, использование одного или нескольких DSP может удалить вычислительную задачу сложного алгоритма сжатия голоса из центрального процессора. Кроме того, DSP подходит для обнаружения голосовой активности и эхоподавления, что позволяет им обрабатывать потоки голосовых данных в реальном времени и быстро получать доступ к ним. встроенная память, поэтому. В этом разделе мы подробно расскажем, как реализовать кодирование голоса и эхоподавление на платформе TMS320C6201DSP.
Протокол, стандартное программное и аппаратное обеспечение H.323 Метод взвешенной справедливой организации очереди DSP Обмен тегами MPLS взвешенный произвольный раннее обнаружение Расширенный ASIC RTP, RTCP Алгоритм общей скорости ячейки с двойной воронкой DWDM RSVP Номинальный доступ с высокой скоростью SONET Diffserv, CAR Cisco быстрая пересылка Мощность процессора G. 729, G.729a: Таблица расширенного доступа CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Алгоритм токена Multilink PPP Frame Relay Выпрямитель данных SIP на основе приоритетной интеграции пакетов CoS через SONET IP и ATM QoS/CoS
2. Расширенные специализированные интегральные схемы
Разработка специализированной интегральной схемы (ASIC) позволила создать более быстрый, более сложный и более функциональный ASIC. ASIC — это специализированный прикладной чип, который выполняет одно приложение или небольшой набор функций. Поскольку они ориентированы на очень узкие прикладные цели, они могут быть высоко оптимизированы для конкретных функций, обычно с использованием процессора двойного назначения на один или несколько порядков быстрее.
Подобно тому, как микросхема компьютера с тонким набором команд (RSIC) ориентирована на быстрое выполнение предельных чисел, ASIC предварительно запрограммирован на более быстрое выполнение конечного числа функций. После завершения разработки стоимость массового производства ASIC становится низкой, и она используется для сетевых устройств, включаямаршрутизаторыи коммутаторы, выполняющие такие функции, как проверка таблицы маршрутизации, групповая переадресация, групповая сортировка и проверка, а также организация очереди. Использование ASIC дает устройству более высокую производительность и меньшую стоимость. Они обеспечивают расширенную широкополосную связь и лучшую поддержку QoS для сети, поэтому они играют большую роль в содействии развитию VoIP.
3.Технология IP-передачи
Большинство передающих телекоммуникационных сетей используют мультиплексирование с временным разделением, в то время как Интернет должен применять статистическое повторное использование и обмен длинными пакетами. По сравнению с этим последний имеет высокий коэффициент использования сетевых ресурсов, простое и эффективное межсоединение и очень применим к услугам передачи данных, что является одной из важных причин быстрого развития Интернета. Однако для широкополосной связи в IP-сети требуется качество обслуживания и характеристики задержки. , поэтому развитие статистического мультиплексирования обмена пакетами вызвало обеспокоенность. В настоящее время, в дополнение к новому поколению IP-протокола-IPV6, Всемирная инженерная группа Интернета (IETF) предложила технологию многопротокольного обмена тегами (MPLS), это Это своего рода выбор сетевого уровня на основе обмена различными тегами/метками, который может повысить гибкость выбора дороги, расширить возможности выбора сетевого уровня, упроститьмаршрутизатори интеграция обмена каналами, повышение производительности сети. MPLS может работать как независимый протокол маршрутизации и совместим с существующим протоколом сетевой маршрутизации, поддерживать различные функции эксплуатации, управления и обслуживания IP-сети, значительно улучшать качество обслуживания, маршрутизацию и производительность сигнализации, достичь или приблизиться к уровню статистического повторного использования обмена пакетами фиксированной длины (ATM), и быть простым, эффективным, дешевым и применимым, чем ATM.
IETF также на местном уровне осваивает новую технологию группировки, чтобы обеспечить выбор дороги QoS. «Туннельная технология» изучается для достижения широкополосной передачи односторонних каналов. Кроме того, выбор платформы передачи IP-сети также является вопросом. важная область исследований в последние годы, и последовательно появились IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM и другие технологии.
Уровень IP предоставляет пользователям IP высококачественные услуги IP-доступа с определенными гарантиями обслуживания. Уровень пользователя обеспечивает форму доступа (IP-доступ и широкополосный доступ) и форму содержания услуги. На базовом уровне Ethernet в качестве физического уровня IP-сеть — это само собой разумеющееся, но IP overDWDM использует новейшие технологии и имеет большой потенциал для развития.
Мультиплексирование с плотным разделением волн (DWDM) вдыхает новую жизнь в оптоволоконные сети и обеспечивает потрясающую пропускную способность телекоммуникационным компаниям, прокладывающим новую оптоволоконную магистраль. Технология DWDM использует возможности оптических волокон и передового оптического оборудования передачи. Название мультиплексирования с волновым разделением происходит от передачи нескольких длины волн света (ЛАЗЕР) из одного потока оптического волокна. Современные системы могут передавать и распознавать 16 длин волн, а будущие системы могут поддерживать от 40 до 96 полных длин волн. Это важно, поскольку каждая дополнительная длина волны добавляет дополнительный поток информации. Вы можете таким образом, расширите сеть 2,6 Гбит/с (OC-48) в 16 раз без необходимости прокладки новых волокон.
Большинство новых оптоволоконных сетей используют OC-192 со скоростью (9,6 Гбит/с), генерируя пропускную способность более 150 Гбит/с по паре волокон в сочетании с DWDM. Кроме того, DWDM обеспечивает протокол интерфейса и независимые от скорости функции, а также поддерживает как ATM Передача сигналов SDH и Gigabit Ethernet по одному волокну, которое может быть совместимо с существующими сетями, поэтому DWDM может защитить существующие активы, а также предоставить интернет-провайдерам и телекоммуникационным компаниям более надежную магистраль, а также сделать широкополосную связь менее дорогой и более доступной, что обеспечивает мощная поддержка требований к пропускной способности решений VoIP.
Повышенная скорость передачи может не только обеспечить более грубый конвейер с меньшей вероятностью блокировки, но также значительно уменьшить задержку и, таким образом, может значительно снизить требования к качеству обслуживания в IP-сетях.
4.Технология широкополосного доступа.
Пользовательский доступ к IP-сети стал узким местом, ограничивающим развитие всей сети. В долгосрочной перспективе конечной целью пользовательского доступа является оптоволокно до дома (FTTH). В широком смысле, сеть оптического доступа включает в себя оптическую цифровую кольцевую несущую систему. и пассивная оптическая сеть. Первая находится в основном в Соединенных Штатах, в сочетании с открытым ртом V5.1/V5.2, передающая свою интегрированную систему по оптическому волокну, демонстрируя большую жизнеспособность.
Последнее в основном находится в порядке и в Германии. За более чем десятилетие Япония приняла ряд мер по снижению стоимости пассивных оптических сетей до уровня, аналогичного медным кабелям и металлической витой паре, и использовала ее в использовании. в последние годы МСЭ предложил пассивную оптическую сеть на базе ATM (APON), которая дополняет преимущества ATM и пассивной оптической сети. Скорость доступа может достигать 622 Мбит/с, что очень полезно для развития широкополосных мультимедийных IP-услуг, позволяет снизить частоту отказов и количество узлов, а также расширить зону покрытия. В настоящее время МСЭ завершил работу по стандартизации. , производители активно развиваются, на рынке появятся товары, станет основным направлением развития технологии широкополосного доступа в 21 веке.
В настоящее время основными технологиями доступа являются: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 и Ethernet, а также столбец системы широкополосного беспроводного доступа и т. д. Эти технологии доступа имеют свои особенности, включая наиболее быстро развивающиеся ADSL и CM; CM (кабельный модем) использует коаксиальный кабель, высокую скорость передачи, сильную защиту от помех; но не двусторонняя передача, нет единого стандарта. ADSL (асимметричная цифровая петля) имеет эксклюзивный доступ к широкополосной связи, полностью используя существующую телефонную сеть и обеспечивая асимметричную скорость передачи. Скорость загрузки на стороне пользователя может достигать 8 Мбит/с, а скорость выгрузки на стороне пользователя может достигать 1 Мбит/с. ADSL обеспечивает необходимую широкополосную связь для предприятий и всех пользователей и значительно снижает затраты. Использование более дешевого ADSL В региональных сетях компании теперь получают доступ к Интернету и VPN на основе Интернета на более высоких скоростях, что обеспечивает более высокую пропускную способность VoIP-вызовов.
5. Технология центрального процессора
Центральные процессоры (ЦП) продолжают развиваться по своим функциям, мощности и скорости. Это обеспечивает широкое применение мультимедийных ПК и повышает производительность системных функций, ограниченных мощностью ЦП. Способность ПК обрабатывать потоковые аудио- и видеоданные давно ожидаема. пользователями, поэтому доставка голосовых вызовов в сетях передачи данных, естественно, является следующей целью. Эта вычислительная функция позволяет использовать как расширенные мультимедийные настольные приложения, так и расширенные функции сетевых компонентов для поддержки голосовых приложений.